VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Медицинская биофизика. Нейробиофизика

Изменение конформации белка р53, ацетилированного по лизину 320, но не по лизину 373, способствует его переходу в цитоплазму и защищает нейроны перифокальной области фототромботического инсульта

С.В. Демьяненко1,2*, С.С. Бачурин2, В.В. Гузенко1

1.Южный федеральный университет;
2.Ростовский государственный медицинский университет;

* demyanenkosvetlana(at)gmail.com

Путем ацетилирования остатков лизина гистоновых и негистоновых белков происходит регуляция важнейших функций клеток, включая апоптоз. Белок р53 является ключевым регулятором апоптоза. На модели фототромботического инсульта (ФТИ) у крыс (бенгальский розовый 20 мг/кг i.v., диодный лазер 532 нм, 60 мВт/см2, Ø3 мм, 30 мин) и мышей (бенгальский розовый 150 мг/кг i.р., диодный лазер 532 нм, 0,2 Вт/см2, Ø1 мм, 15 мин) было показано, что ишемия вызывает увеличение уровня ацетилирования р53 по лизинам в положении 320 (аср53К320) и 373 (аср53К373). В первые сутки после ФТИ происходит почти трехкратное снижение уровня аср53К320 в ядерной фракции ткани пенумбры и повышение уровня этой формы р53 в цитоплазме. Такая тенденция сохраняется до 7 суток после ФТИ. При этом суммарное содержание аср53К320 в нейронах перифокальной области ФТИ увеличивается в эти сроки. Ацетилированный белок р53 по лизину 373 имеет преимущественно ядерную локализацию в нейронах. Значительное увеличение аср53К373 происходит в первые сутки после ФТИ.

Молекулярно-динамическая симуляция, проведенная с помощью программы Gromacs 2022.3 [https://doi.org/10.5281/zenodo.7037337] показала, что при ацетилировании лизина 320 конформационная устойчивость фрагмента р53 (ALA 237 – ASP 354) меняется. Основное отличие в конформациях ацетилированного от неацетилированного фрагмента p53 по лизину 320 заключается в более компактной конформации фрагмента. По всей видимости ацетильный фрагмент в данном участке позволяет сформироваться гидрофобному домену, который направляет компактизацию свободных пептидных цепей. Напротив, в неацетилированном по К320 фрагменте наблюдается хаотичное положение свободных пептидных цепей относительно структурированного домена с альфа спиралями. Вероятно, более компактная конформация р53, которую тот приобретает при ацетилировании К320 после ФТИ и позволяет белку перемещаться между ядром и цитоплазмой в нейронах перифокальной области ФТИ. Напротив, ацетилирование р53 по лизину 373 не дает каких-либо значительных изменений в конформационных предпочтениях С-концевого фрагмента р53 (SER 367–LYS 386), что может быть обусловлено его ролью в белке – связывание с регуляторными участками ферментов или других служебных белков.

Анализ методами ко-иммунопреципитации и Duolink PLA (метод близкого лигирования) показал, что ацетилируют белок р53 в клетках перифокальной области после ФТИ ацетилтрансферазы PCAF и в меньшей степени p300, но не HAT1. Введение ингибитора PCAF пламбагина (1 мг/кг, i.p., 3 суток после ФТИ, 1 раз в день) снижало ацетилирование р53 по лизину 320, но не ацетилирования по лизину 373, и повышало уровень апоптоза клеток перифокальной области ФТИ. Причем эффект был более выражен при сочетанном введении ингибитора р53, способного снижать уровень р53 в цитоплазме клеток, пифитрина-α (8 мг/кг, i.p., 3 суток после ФТИ, 1 раз в день). Напротив, введение ингибитора р300 эмбелина (0,6 мг/кг, i.p., 3 суток после ФТИ, 1 раз в день) снижало уровень ацетилирования р53 по лизину 373, а также апоптоз клеток перифокальной области через 3 суток после ФТИ. Совместное введение эмбелина с ингибитором р53 пифитрином-µ (8 мг/кг, i.p., 3 суток после ФТИ, 1 раз в день), способного снижать уровень р53 в ядрах нейронов, усиливало антиапоптотический эффект ингибитора р300.

Таким образом, ацетилирование р53 по лизину 320 изменяет конформацию белка и способствует его накоплению в цитоплазме нейронов перифокальной области после ФТИ. Ацетилирование р53 по лизину 320 более предпочтительно, чем ацетилирование по лизину 373 и, вероятно, способствует выживанию и репарации нейронов пенумбры после инсульта. Стратегии, направленные на увеличение ацетилирования р53 по К320 путем увеличения активности PCAF будут перспективны для нейропротекторной терапии инсульта.



Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-15-00188.

Conformational changes in p53, acetylated at lysine 320, promote its transition into the cytoplasm and protects neurons in the perifocal area of the photothrombotic stroke from apoptosis

S.V. Demyanenko1,2*, S.S. Bachurin2, V.V. Guzenko1

1.Southern Federal University;
2.Rostov State Medical University;

* demyanenkosvetlana(at)gmail.com

Acetylation of lysine residues of histone and non-histone proteins regulates the most im-portant functions of cells, including apoptosis. Protein p53 is the key regulator of apoptosis. On the model of photothrombotic stroke (PTS) in rats (rose bengal 20 mg/kg i.v., diode laser 532 nm, 60 mW/cm2, Ø3 mm, 30 min) and in mice (rose bengal 150 mg/kg i.p., diode laser 532 nm, 0.2 W/cm2, Ø1 mm, 15 min) we have shown that ischemia causes an increase in p53 acetylation level in lysines at position 320 (acp53K320) and 373 (acp53K373). On the first day after PTS, acp53K320 level decreases almost threefold in the nuclear fraction and increases in the cytoplasmic fraction of penumbra tissue. Such a tendency persists up to 7 days after PTS. Furthermore, total content of acp53K320 in neurons of the perifocal area of the photothrombotic stroke (PTS) increases within these time intervals. Acp53K373 has predominantly nuclear localization in neurons. A significant increase of acp53K373 occurs on the first day after PTS.

Molecular dynamic simulation was performed in the Gromacs 2022.3 software [http://dx.doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001]. It has shown that conformational stability of the (ALA 237 - ASP 354) p53 fragment changes upon acetylation of lysine 320. The main difference between the conformations p53 fragment, acetylated and unacetylated at lysine 320, is the compactness. Apparently, the acetyl fragment in this site allows the formation of a hydrophobic domain that directs the compaction of the free peptide chains. On the contrary, the K320-unacetylated fragment shows a chaotic position of the free peptide chains relative to the structured domain with alpha helices. Probably, the more compact conformation of p53, which it acquires upon K320 acety-lation after PTS, allows the protein to move between the nucleus and cytoplasm in penumbra neurons. In contrast, acetylation of p53 at lysine 373 does not induce any significant changes in the conformational preferences of the p53 C-terminal fragment (SER 367 - LYS 386), which could be due to its role in the protein, i.e. binding to regulatory sites of enzymes or other service proteins.

The analysis using co-immunoprecipitation and Duolink PLA (proximity ligation assay) methods showed that acetyltransferases PCAF and, to a lesser extent, p300, but not HAT1, acety-late p53 in the cells of the perifocal region after PTS. The administration of the PCAF inhibitor plumbagin (1 mg/kg, i.p., 3 days after PTS, once a day) reduced p53 acetylation at lysine 320, but not acetylation at lysine 373, and increased the level of apoptosis in the cells of the perifocal region of PTI. Moreover, the effect was more expressed when combined with the administration of p53 inhibitor pifithrin-α (8 mg/kg, i.p., 3 days after PTS, once a day), capable of reducing the level of p53 in the cytoplasm. On the contrary, the administration of the p300 inhibitor embeline (0.6 mg/kg, i.p., 3 days after PTS, once a day) reduced the level of p53 acetylation at lysine 373, as well as apoptosis in the cells of the perifocal region 3 days after PTS. The co-administration of embeline and a p53 inhibitor pifithrin-µ (8 mg/kg, i.p., 3 days after PTS, once a day), capable of reducing the level of p53 in neuronal nuclei, enhanced the antiapoptotic effect of the p300 inhibitor.

Thus, the acetylation of p53 at lysine 320 changes the protein’s conformation and promotes its accumulation in the cytoplasm of neurons in the perifocal area after PTS. The acetylation of p53 at lysine 320 is more preferably than the acetylation at lysine 373, and, probably, promotes the survival and repair of penumbra neurons after stroke. The strategies, aimed to increase the acetylation of p53 at K320 by increasing the activity of PCAF will be promising for neuroprotective therapy of stroke.



The work was supported by the Russian Science Foundation, grant no. 21-15-00188.


Докладчик: Демьяненко С.В.
257
2023-01-30

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists